現れることを明らかにしました。手を伸ばす運動直後0.1秒以内に、運動野に微小な電気刺激を与えると、少しずつ運動の「照準」を変化させうることを示しました。「目標の右に手がずれたこと」を伝える場所を刺激すると、次回の運動の照準は左にすこしだけ修正される、という具合です(図1)。本研究により、大脳の運動野にはあらゆる方向のずれに対応する神経細胞(ニューロン)があり、司令塔として、運動を行うたびに照準のずれを直すための信号を送り出していることが実証されました。本研究の成果は、電気刺激を使って運動技能を向上させる新たな運動機能増進法やリハビリテーション法の開発につながることが期待されます。本研究成果は、2016年5月13日(金)午前1時(日本時間)に米国科学誌「Neuron」電子版に掲載されました。運動がうまくなるには練習が欠かせません。初めは下手だったのに、こつこつ練習を繰り返すとうまくなるのはなぜでしょうか?それは、運動の「間違い」を減らすように脳が「学習」するからです。この「間違い」を減らす学習には小脳と呼ばれる大脳の下後方にある場所が重要であることが知られています。この小脳には運動の「間違い」を知らせる信号が届いていることもわかっていました。その「間違い」の信号がどこから来るのかは不明でした。)が想定したように、体を動かす司令塔である大脳皮質の「運動野」が「運動の間違いを直そうとして」発する信号が学習に用いられる「間違い」の信号だろうと予想して、サルを用いて、1)サルの「運動野」に間違いの信号があるかどうか、また2)その信号が本当に学習に用いられているかどうか、の2点を調べました。研究の成果まず、サルに目の前に現れる十字の目標に向かって手を伸ばさせました。その時に、わざと間違いを起こすように、コンピュータ制御したプリズム装置を使って、ランダムな方向に視野をずらす工夫をしました。することで、目標が見える場所に手を伸ばしても、右や左に少しずれて手が到着します。記録して、間違いの方向に応じた活動が生じているかどうかを調べました。運動を間違えた方向に応じた活動が、運動の直後に生じていることが分かりました。それぞれのニューロンには誤差の守備範囲がありました。あるニューロンは「左にずれた」時によく活動して、別のニューロンは「右下にずれた」時によく活動する、といった具合です(図2)。全体としては、あらゆる方向の誤差に対応していました。赤丸の大きさが活動の強さを表す。次に、「間違いの方向」の信号が運動の修正に関わっていることを証明するために、微小な電気刺激を運動直後に加えてみることにしました。「右上にずれたぞー」と報告するニューロンが修正に関わっているならば、このニューロンが活動した後は、運動の照準が少しだけ「左下」に修正されるはずです。結果は、北澤教授らの研究グループの予想通り、「右上にずれたぞー」ニューロンを運動の直後に刺激すると、次回の運動は少しだけ左下にずれました。後と同様に、誤差は試行ごとに少しずつ減って、30回ぐらいかけて元に戻りました(図3)。面白いことには、刺激のタイミングを0.1秒遅らせるだけで、電気刺激の効果は生じなくなってしまいました。「運動直後の0.1秒」がとても貴重な時間なのです。この時間に届いた信号のいうことだけを聞いて照準を変えるのです。運動の失敗を即座に直そうとする信号が効率のよい学習には必要なのです。運動終了直後に200ms間の電気刺激を繰り返すと、平均0だった誤差が左下(Y軸の負方向)に徐々に増加した(31試行目から60試行)。電気刺激を切ると誤差は徐々に指数関数的に減少した(61から90試行)。これらの結果から、1)運動野が「間違えたぞ」という信号を運動直後に発すること2)この「間違えたぞ」信号が原因となって運動の「照準」が調整されること3)運動直後の0.1秒以内に発せられた「間違えたぞ」信号だけが有効であることが明らかになりました。2016年5月13日(金)午前1時(日本時間)に米国科学誌「Neuron」電子版に掲載されました。大脳皮質の中で、電気刺激を加えることで骨格筋が動く領域のこと。2か所を研究の対象とした。間違いの信号を発する機能に関しては、両者に大きな差はなかった。フィードバック誤差学習なめらかで習熟した運動制御を脳が学習によって獲得する仕組みについての理論。1992)が提唱した。慣れない運動をするときには、感覚フィードバックに頼って、誤差を見てから運動を修正する。この運動の修正信号が教師信号として小脳に送られて、運動制御信号を改善するように学習が進むと想定した。ニューロンの活動ヒトの大脳皮質にはおよそ150億個の神経細胞(ニューロン)があって、1個あたりおよそ1000個のニューロンから信号を受け取って信号を送り出す。乾電池の1/20ぐらい)の大きさのパルス信号を発する。これが活動電位と呼ばれる信号で、大脳皮質では最大で1秒間に200発の活動電位を発生することができる。本研究では、微小な電極を使ってサルの運動野のニューロン1つ1つの活動電位を計測して解析した。大脳を前後に分ける中心溝の直前にある運動野で、脊髄まで長い軸索(ニューロンから伸びる電線のような通信線)を投射して、随意運動の指令を発する領域。一次運動野を電気刺激すると、刺激部位に応じて異なる体の領域が動く。筋肉のリモコンの押しボタンが並んでいる領域である。この領域やここから伸びる軸索が脳梗塞や脳出血などで損傷すると、反対側の体を動かすことができなくなる。直前に位置するもう一段階高次の運動野。ガラスの向こうに置いたリンゴを、ガラスの横から回り込んで取るときなど、運動の軌道を工夫して計画するときに必要になる。眼の前に楔型のプリズムを置くと、光が屈折して目標が見える位置(虚像の位置)がずれる。この状態で目標に手を伸ばすと、虚像の位置に手を伸ばすので、目標を外してしまう。何回も繰り返すうちに、誤差は減る。この状態でプリズムをはずすと、今度は逆向きの誤差が生じて驚く。このようなプリズムを使った視野の変化に伴って生じる運動の調整をプリズム順応と呼ぶ。プリズム順応は小脳障害で消失することが知られている。本実験では、コンピュータで2枚のプリズムの向きを調整して、毎回違う方向に誤差が生じるように工夫して実験を行った。北澤茂この組織の他の研究を見る生命機能研究科ツイートHottest社会の思考を深め、科学・医療を前に進める。「再生」のメカニズム失った歯周組織を再生させる薬-普通と思っている生活を、普通に送るための医療を-気まぐれな「細胞」を安定的につくり、安価で患者に届けるには?コトづくりで再生医療技術の産業化へ。患者の視力を取り戻せ。角膜上皮細胞シート移植、そして眼球の再現へ。